Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литейные материалы и изделия на основе риродных и искусственных графитов, их свойства, бласти применения 6
1.1. Материалы и изделия для литейного производства на основе природных кристаллических графитов 7
1.2. Материалы и изделия для литейного производства на основе природных скрытокристаллических графитов 13
1.3. Материалы и изделия для литейного производства на основе искусственных графитов 16
1.4. Зависимость свойств графитовых материалов и изделий для литейного производства от активности графита 22
1.5. Способы подготовки графитовых материалов для литейного производства 30
1.6. Цели и задачи исследования 40
Глава 2. Исследование зависимости свойств графитов азличного типа от режимов механоактивации 42
2.1. Характеристика исследуемых материалов и методов оценки их свойств 42
2.2. Зависимость геометрических параметров природных и искусственных графитов от времени обработки 49
2.3. Влияние времени активации на энергетические характеристики углеродных материалов62
2.4. Расчет активности графитов 66
2.5. Выводы 71
Глава 3. Разработка составов и технологии изготовления иглей для производства легкоплавких металлов и плавов 72
3.1. Материалы, оснастка и технология изготовления набивных.тиглей.. 72
3.2. Разработка составов тигельных масс и исследование свойств тиглей 76
3.3. Опытно-промышленные испытания разработанных составов тиглей 88
3.4. Выводы 96
Глава 4. Разработка состава и технологии изготовления рафитсодержащих нагревателей 97
4.1. Разработка составов и технологии изготовления нагревателей из резистивной графитовой пасты 97
4.2. Расчета мощности и выбор конфигурации нагревателя 104
4.3. Опытно-промышленные испытания разработанных составов нагревателей 105
4.4. Выводы 106
Глава 5. Разработка быстросохнущих графитовых ротивопригарных покрытий для чугунного и ветного литья 107
5.1. Разработка составов быстросохнущих противопригарных покрытий 107
5.2. Опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарных окрытий 111
5.3. Выводы 113
Общие выводы 114
Библиаграфический список 115
Приложения 123
- Материалы и изделия для литейного производства на основе природных скрытокристаллических графитов
- Зависимость геометрических параметров природных и искусственных графитов от времени обработки
- Разработка составов тигельных масс и исследование свойств тиглей
- Опытно-промышленные испытания разработанных составов нагревателей
Введение к работе
В литейном производстве используются кристаллический и аморфный природный графит в составе формовочных смесей и красок, футеровочных, электродных и тигельных масс, антифрикционных смазок, а также в виде гото- ~ вых огнеупорных, электротехнических и конструкционных изделий из искусственного графита.
Запасы скрытокристаллического графита в нашей стране сконцентриро- __,,,, ваны в Красноярском крае на Ногинском, Курейском и Фатьяниховском месторождениях. Ногинское месторождение разрабатывалось до 2004 года и графит поставлялся вначале марок ГЛС-1 и ГЛС-2, а в последнее десятилетие - марки ГЛС-3. Однако широкого использования как в литейном производстве, так и в других отраслях он не находит из-за высокого содержания зольных примесей (до 25-30 %) и трудной обогатимости графитовых руд.
В настоящее время ведется добыча и поставка промышленности графита с Курейского месторождения. Содержание золы в нем в среднем 8-15 %. Разработаны эффективные технологии обогащения различными методами графитовых руд этого типа в зависимости от их кристаллического строения.
Основные графитовые изделия для литейного производства изготавливали либо из искусственного графита, получаемого коксованием при высокотемпературном обжиге высокосортных антрацитов (тигли, электроды, футеровоч-ные блоки и т.д.), либо прессованием совместно со связующими кристаллического графита (электроды, тигли, графитопласты, конструкционные изделия и т.д.).
Кристаллический графит марок ГЛ-1(2,3) и тонкодисперсный марок С-3, ГК, П выпускается Завальевским и Кыштымским комбинатами и в литейном производстве используется в составах противопригарных красок, антифрикционных смазок, в огнеупорных и электротехнических изделиях.
Очевидно, что с повышением качества скрытокристаллического графита, разработкой и внедрением новых процессов его подготовки с целью получения тонкодисперсных активированных товарных марок возможно освоение новых видов материалов и изделий на его основе с частичной или полной заменой кристаллического и искусственного графита.
Научная новизна:
Выявлены зависимости диспергируемости и свойств графита от режимов обработки в энергонапряженных мельницах планетарного и вибрационного типов.
Установлены зависимости активности частиц графита различного кри-сталлохимического строения от режимов активации с оптимизацией их геометрических и энергетических параметров.
Определены зависимости термостойкости тиглей от строения и активности графита; разработаны новые составы механоактивированных графитовых, графито-оксидных масс и технология изготовления набивных тиглей для производства легкоплавких металлов и сплавов.
Разработан новый способ изготовления графитовых нагревателей с заданным шагом зигзагообразной спирали резистивного слоя и составы рези-стивных паст для сушильных агрегатов.
Определено оптимальное соотношение активированной композиции «графит-кварц» для быстросохнущих противопригарных покрытий для чугунного и цветного литья.
Практическая значимость:
Определены рациональные режимы активации графита различного кристаллохимического строения в АГО — 20 мин и РВМ — 120 мин, позволяющие получить коллоидный механоактивированный графит марок ГЛС-2А, ГЛС-ЗА, И-А и ГЛ-1А.
Разработаны составы и технология изготовления графитсодержащих жидкостекольных и пековых набивных тиглей для производства легкоплавких металлов и сплавов с термостойкостью тиглей 20-30 циклов при температуре плавления сплава не выше 800 С.
Установлено, что механоактивация графита позволяет снизить расход жидкого стекла в тигельных массах на 25 %, а температуру обжига тиглей — на 100-200 С.
Разработаны технология изготовления графитовых нагревателей с зигзагообразной спиралью резистивного слоя и составы смесей, обеспечивающие нагревателю оптимальные свойства и стабильность температуры сушильных печей во времени в интервале 350-400 С.
Разработаны составы противопригарных покрытий на основе механо-активированного скрытокристаллического графита для чугунного и цветного литья.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, содержащего 120 источников, и 5 приложений. Основной материал изложен на 122 страницах, включая 31 таблицу и 53 рисунка.
Материалы и изделия для литейного производства на основе природных скрытокристаллических графитов
Скрытокристаллический (или аморфный) графит сложен из кристаллов, имеющих величину 10" -10"6 см, то есть в плотной массе неразличимых под микроскопом. Это горная порода черного цвета, основу которой составляет ра-зупорядоченная структура мелкокристаллического углерода. Плотность такого графита равна 1,5-2,0 г/см , а удельная поверхность — 5800-6100 см /г [8, 9]. Скрытокристаллические графиты можно разделить на плотные и распыленные. Плотные графиты состоят в основном из графитового вещества, в котором другие минералы находятся в виде включений. Кристаллы графита обычно ориентированы более или менее параллельно плоскости сланцеватости породы. Степень ориентации кристаллов и их форма существенно влияют на технические свойства графита. Чем совершеннее ориентированы кристаллы в одной плоскости и чем они тоньше, тем более пластичен и «жирен» графит, и тем технически ценен. К числу основных месторождений плотного графита относятся Ногинское, Курейское и Фатьяниховское месторождения. Распыленные графиты часто встречаются в виде мельчайших кристаллов в метаморфизированных осадочных породах. Промышленного интереса не представляют [8]. Одним из главных направлений в развитии литейного производства считают повышение геометрической точности отливок. Решение этого вопроса возможно при условии получения поверхности отливок надлежащей чистоты и без литейных дефектов. Самым распространенным дефектом при литье в разовые формы из песчано-глинистых смесей является пригар, основным способом предупреждения которого, особенно на крупных отливках, является нанесение на поверхность формы противопригарных покрытий, создающих на поверхности формы плотную, прочную и огнеупорную корку, препятствующую проникновению жидкого расплава в стенки формы [34]. В состав покрытия входят огнеупорная основа (например, графит), связующие материалы, растворитель и добавки. Для предупреждения преждевременного осаждения наполнителя в их состав вводят стабилизаторы (бентонит), добавки, предупреждающие брожение (формалин), ускоряющие их упрочнение (катализаторы) и другие. В качестве связующего в составы водных покрытий вводят лигносульфонат технический, декстрин, патоку и другие, в состав орга-норастворимых покрытий (самовысыхающих) — нитролак 644, поливинилбути-раль, кремнийорганические материалы. Для разведения покрытия до требуемой плотности используют воду или органические жидкости (уайт-спирит, этиловый спирт, растворитель 646 и другие) [35].
В работе [36] отмечается, что за рубежом до 60 % всех потребляемых покрытий составляют самовысыхающие, что обеспечивает возможность оперативного решения вопросов качества при изготовлении отливок. Такие покрытия представляют собой системы с реологическими характеристиками, в значи тельной степени зависящими от вязкости жидкой фазы и плотности наполнителя. Составы различных противопригарных покрытий для различных сплавов приведены в работах [9, 37]. Графит является лучшим наполнителем противопригарных красок для чугунного и некоторых видов цветного литья. При обычных условиях графит химически инертен, однако при нагревании выше 300-500 С окисляется с образованием СО и СОг [9]. Участие образовавшегося при прямом восстановлении СО в восстановлении того же оксида приводит к существованию оптимальной степени прямого восстановления в процессе, обеспеченном теплом [38]. Создавая восстановительную атмосферу, обладая плохой смачиваемостью чугуном и оксидами железа, графит является эффективным противопригарным материалом при изготовлении чугунных отливок [9]. В работе [39] отмечается, что чем крупнее форма, тем желательно больше в ней иметь графита. Неправильно во многих случаях утверждение, что углеродистые краски применяются только для чугунного литья. Во многих случаях они могут быть частично добавлены и в краски для стального литья. Такая добавка широко используется при изготовлении неразъемных форм для возмещения угара углерода в стали. Эффективность применения углеродсодержащих добавок (угольная пыль, мазут, раствор битума и так далее) в составах стержневых смесей для стального литья описана в работе [40]. Формирование прочности сцепления противопригарных покрытий с поверхностью стержней и форм сопровождается испарением либо воды из красок на водорастворимых связующих, либо органических растворителей из самовысыхающих красок. В обоих случаях покрытия высыхая стремятся уменьшить свой объем из-за удаления жидкости, что приводит к возникновению усадочных (растягивающих) напряжений, которые уменьшают сцепление покрытий со смесью или вызывают их отслоение, нарушение сплошности и растрескивание, что, в свою очередь, может стать одной из причин образования различных поверхностных дефектов (пригара, ужимин, просечек) [41]. Резкое повышение прочности сцепления также можно обеспечить, применяя вещества, предварительно заполняющие поры форм и снижающие коэффициент потенциалопроводности смеси, которые при этом должны иметь высокую адгезию к материалам краски и формы [42].
Таким образом, для водных красок (графитовых) оптимальными, с точки зрения получения высокой прочности сцепления покрытий со смесью, можно считать следующие параметры: толщина покрытия около 1 мм, но не более 2 мм; температура сушки около 200 С, но не более 250 С; способ нанесения красок двукратный [41].
В покрытиях, как правило, применяют скрытокристаллический графит, основные физико-химические свойства которого представлены в табл. 1.3 [9].
Для приготовления покрытий следует использовать графиты с низким содержанием золы, в частности скрытокристаллический графит марок ГЛС-1 и ГЛС-2. Скрытокристаллический графит, по сравнению с кристаллическим, имеет более низкую стоимость и обеспечивает получение покрытий с лучшими технологическими свойствами. В то же время кристаллический графит обладает меньшей реакционной способностью при нагревании и его деструкция заканчивается при более высокой температуре [9, 43].
С целью расширения температурного интервала, а также для улучшения кроющей способности рекомендуется использовать одновременно обе разновидности графита [9, 44].
В работе [45] для снижения реакционной способности скрытокристаллического графита марки СКЛН-1, увеличивающейся с повышением температуры, были использованы добавки Н3РО4 и (ЫНОзРО В табл. 1.4 приведены свойства противопригарных покрытий для чугунного литья, содержащих графит от 3,3 до 88 % [46].
По стоимости противопригарные покрытия относятся к дорогостоящим формовочным материалам. Однако, в общем материальном балансе эти затраты многократно окупаются за счет улучшения товарного вида литых изделий и сокращения очистных операций при финишной обработке отливок, а упрочняя поверхность форм и стержней, противопригарные покрытия обеспечивают возможность уменьшения припусков на механообработку [47].
Зависимость геометрических параметров природных и искусственных графитов от времени обработки
С целью определения рациональных режимов механического воздействия на графит различных марок время активации в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 варьировали от 5 до 20 мин; соотношение графита к мелющим телам составляло 3:1. Режимы активации варьировали таким образом, чтобы добиться максимальной активности графита, которая оценивалась по изменению геометрических и энергетических параметров исследуемых материалов. Зависимость среднего размера частиц, их общей поверхности и фракционного состава от времени активации представлена в табл.2.7-2.8 и на рис.2.2-2.7.
Для всех исследуемых углеродных материалов наблюдается общая тенденция: с увеличением времени активации средний размер частиц уменьшается при увеличении их общей поверхности. После 20 мин активации в АГО-2 средний размер частиц графита Ногинского и Курейского месторождения уменьшается с 12 до 2,4 мкм и с 17,9 до 2,2 мкм при увеличении общей поверхности с 13 10 до 59 10 см /см и с 10 10 до 42 10 см /см , соответственно. В сравнении с печной сажей П-803, используемой в качестве эталона, видно, что после 20 мин активации размер частиц и общая поверхность Ногинского и Курейского графита близки к величине среднего размера частиц (1,3 мкм) и общей поверхности 60 103 см2/см3 печной сажи.
В своих исследованиях А.Н. Квасков [90] показал, что даже длительное измельчение графита в шаровой мельнице не приводит к полной его аморфизации. В противоположность этому виброизмельчение, в зависимости от его длительности, приводит к частичной или полной аморфизации графитов, связанной с уменьшением диаметра кристаллитов и увеличением относительного количества краевых атомов углерода, поэтому для сравнения были исследованы геометрические характеристики графита Ногинского месторождения, активированного в вибрационной мельнице РВМ-45. Полученные результаты показали, что графит, активированный в вибрационной мельнице, обладает наименьшим размером частиц и наиболее развитой поверхностью (средний размер частиц графита составил 1,5 мкм при общей поверхности 71103 см2/см3).
Фракционный состав графита ГЛС-3 представлен в табл.2.1 и на рис.2.4. Видно, что с увеличением времени активации содержание фракции 1-10 мкм увеличивается с 39 до 91 %, общая поверхностность фракции, соответственно, с 11 10 до 59 10 см /см ; содержание фракции 10-50 мкм уменьшается с 58 до 9 %, общая поверхность фракции — с 2 103 до 0,7 103 см2/см3; фракция 50 мкм измельчается полностью.
С увеличением времени активации Курейского графита также наблюдается увеличение содержания частиц 1-10 мкм с 33 до 91 %, общая поверхность фракции увеличивается с 8103 до 41 103 см2/см3; содержание фракции 10-50 мкм уменьшается с 45 до 9 %, общая поверхность, соответственно, с 1,9 10 до 0,5 10 см /см ; фракция 50 мкм измельчается полностью.
Следовательно, увеличение в 2-3 раза содержания фракции 1-10 мкм для скрытокристаллического графита происходит за счет полного измельчения частиц размером более 50 мкм.
Можно сделать вывод, что Курейский графит измельчается труднее, чем Ногинский: массовое разрушение частиц размером 50 мкм графита ГЛС-3 происходит через 5 мин активации, ГЛС-2 — через 10 мин активации. Разную степень измельчения графитов ГЛС-3 и ГЛС-2 можно объяснить следующим: методом оптической петрографии в графите ГЛС-2 выделен чешуйчатый кристаллический компонент, который присутствует и в ГЛС-3, но в значительно меньшем количестве, хотя неоднородность микроструктуры в них практически одинакова. За счет более упорядоченной структуры кристаллический компонент измельчается труднее.
Графит марки ГЛС-3 представляет собой тонкоистертый, равномернозер-нистый графит, форма частиц которого сложная, удлиненная, остроугольная. С увеличением времени активации разнообразие форм частиц увеличивается незначительно. Если после 5 мин активации для частиц графита характерны обломочные, остроугольные и часто вытянутые формы, то после 10 мин активации присутствуют многоугольные и вытянутые формы, а после 20 мин активации — вытянутые или сложные, остроугольные формы. Ногинский графит, активированный в вибрационной мельнице, представляет собой равномерно истертый материал. Более крупные частицы имеют удлиненную, неправильную и остроугольную формы. В отличие графита, активированного в мельнице АГО-2, у него большая склонность к агрегатированию (рис.2.8)
При увеличении времени активации от 5 до 20 мин графита ГЛС-2 существенного изменения разнообразия форм частиц не наблюдается. Наиболее неправильные очертания — удлиненные, пластинчатые и другие. Поверхность шероховатая из-за тонких зерен, слагающих обломки.
Принимая для оценки формы частиц графита пятибалльную школу (5 баллов - сферические; 4 балла — округлые; 3 балла - полуокруглые; 2 балла — остроугольные; 1 балл — осколочные), форму графита ГЛС-3 можно оценить в 1 балл, а ГЛС-2 - 0,5 балла. После активации в течение 20 мин форму частиц графита обоих месторождений можно оценить в 2 балла. Влияние времени активации на форму частиц показано на рис.2.6.
На рис.2.7 представлено влияние времени активации на коэффициент угловатости, который находится как отношение общей поверхности, полученной в результате проведения экспериментов, к поверхности, рассчитанной по методике работы [66].
С увеличением времени активации от 5 до 20 мин коэффициент угловатости Ногинского графита уменьшается с 2,6 до 2,4 баллов, для Курейского -с 3,8 до 2 баллов. Уменьшение коэффициента угловатости свидетельствует о том, что с увеличением времени активации улучшается
Разработка составов тигельных масс и исследование свойств тиглей
Изготовленные образцы, а также тигли составов 1-9 (табл.3.2) обжигали и определяли зависимость их механических свойств от температуры обжига (рис.3.4-3.10).
На рис.3.4, а (составы № 1-3, табл.3.2) приведена прочность тиглей на сжатие для тигельных масс с 30 % каменноугольного пека. Установлено, что прочность тиглей на кристаллическом и аморфном графите при температуре обжига до 600 С практически одинакова. Обжиг тиглей при 800 С приводит к снижению прочности тиглей на ГЛС-3 в связи с окислением графита и легкоплавких примесей; графит ГЛ-1, имея меньшую зольность и более крупный размер частиц (глава 2), обеспечивает тиглям максимальную прочность. Обжиг при 1000 С вызывает массовое окисление (выгорание) углерода из графита всех исследуемых марок и прочность тиглей резко снижается
Эектросопротивление опытных тиглей (рис.3.4, б) резко снижается для всех марок графита с увеличением температуры обжига. Оптимальным режимом обжига можно считать интервал от 600 до 800 С.
Плотность (расчетная) тиглей снижается с ростом температуры обжига и потеря массы тиглей при 600-800 С составляет не более 5-7 % для ГЛ-1 (П) и 10 % для ГЛС-З (рис.3.5, а). Анализ кривых зависимости твердости от температуры обжига (рис.3.5,6) показал, что при 600-800 С происходит увеличение прочности тиглей. В результате коксования связующего обеспечивается повышение твердости до 20-25 кг/мм2. Следовательно, тигельные массы на каменноугольном пеке после обжига при температурах 600-800 С в результате частичной графитизации пека окисления углерода в графите имеют оптимальные для низкотемпературной плавки параметры: - прочность на сжатие - 10-17 МПа; - удельное электросопротивление - 0,5-5,0-10" Омм; - плотность - 0,8-1,0 г/см ; - твердость - 20-25 кг/мм2. Однако, по абсолютной величине более высокие значения технических показателей свойств имеют тигли на графите ГЛ-1, так как частицы его крупнее, чем у П и ГЛС-3, зольность при этом в среднем на 5-15 % ниже по сравнению с графитом ГЛС-3. Проведенные исследования свойств графитов (глава 2) позволяют предположить возможность улучшения технических характеристик тиглей при использовании в составе массы механоактивированного графита ГЛС-ЗА. С целью выбора типа связующего исследовали зависимость свойств тиглей на тех же графитах с жидким стеклом (М=2). Составы тигельных масс на жидком стекле № 4-6 приведены в табл.3.2, а свойства тиглей в зависимости от температуры обжига - на рис.3.6.
Рис.3.6. Зависимость прочности (а) и электросопротивления (б) графитовых тиглей на жидкостекольном связующем от температуры обжига.
Свойства жидкостекольных тиглей имеют такую же зависимость от температуры обжига, как и пековых. Тигли на основе графита ГЛС-З имеют так же более высокое электросопротивление и прочность на 20-30% ниже, чем тигли на кристаллическом графите П, у которого дисперсность на порядок меньше, чем у графита ГЛС-З и ГЛ-1.
Поэтому были приготовлены тигельные массы на механоактивированном графите ГЛС-ЗА, размер частиц (dcp) которого уменьшился с 12 мкм до 2,4 мкм, а степень аморфизации кристаллической решетки и насыщения структуры дефектами увеличились в среднем в 1,5 раза, что способствует повышению общей активности графитовых частиц в 1,8 раза. Составы тигельных масс на графите ГЛС-ЗА в различных соотношениях с пылевидным кварцем приведены в табл. 3.2 (№ 7-9), а зависимости свойств тиглей от температуры обжига приведены на диаграммах (рис.3.7 и 3.8)
О показал, что механоактивированный графит ГЛС-ЗА обеспечивает улучшение механических характеристик графи-то-кварцевых тиглей (обжиг при 600 С): прочность увеличивается в 1,5 раза, а твердость - на 10-15%. Однако, высокая зольность графита приводит к ухудшению механических свойств тиглей при повышении температуры обжига до 800-1000 С, так как в составе зольных остатков присутствует до 30-50% легкоплавких примесей (глава 2).
Можно сделать предположение, что для достижения хороших механических свойств тиглей достаточной температурой обжига можно считать интервал 400-500 С
Опытно-промышленные испытания разработанных составов нагревателей
В литейном цехе кафедры литья ГУЦМиЗ г.Красноярска был разработан и опробован опытный образец низкотемпературной печи с резистивным графитовым нагревателем (рис.4.4). Во время испытаний в течение месяца печь 26 раз нагревалась до температуры 450 ±10 С. Температуру рабочей камеры печи измеряли с помощью хромель-алюмелевой термопары и прибора КСП-3. Показания температуры фиксировались с помощью автоматического самописца. В экспериментальной печи проводилась сушка стержней отливки «Кран» Стержень отливки «Кран» имеет следующие характеристики: масса -0,210 кг, геометрические параметры - 112x65x20 мм. За период испытаний было просушено 52 стержня отливки «Кран». По окончании испытаний была проведена визуальная оценка сплошности резистивного слоя. Наличие трещин и осыпания резистива не обнаружено. Необходимая температура в рабочей камере печи достигалась в течение 20 минут и оставалась стабильной во времени. Печь эксплуатировалась в литейном цехе кафедры «Литейное производство черных и цветных металлов» в течение года.
Акт испытаний графитсодержащих нагревателей на кафедре «Литейное производство черных и цветных сплавов» ГУЦМиЗ представлен в приложении 4. 1. Разработана технология изготовления графитовых нагревателей с оптимальным шагом зигзагообразной спирали резистива на подложке, что позволяет снизить (в 5-7 раз) напряжение резистива и растрескивание (в 8-10 раз), увеличить его длину как проводника (в 3-4 раза) и, соответственно, увеличить (в 2-3 раза) толщину, что снизит прогараемость слоя резистива в 4-6 раз по сравнению с аналогами. 2. Разработаны составы резистивных графитожидкостекольных смесей, обеспечивающие нагревателю оптимальные свойства: р не более (0,4-0,6) 10"3 Омм при толщине слоя не более 0,3-0,5 мм и ширине спирали 45-60 мм, что обеспечивает минимальный расход материалов (на 25-30 % меньше) и стабильность температуры в сушильном агрегате не менее 350-450 С, с гарантийным сроком эксплуатации не менее 12 месяцев. 3. Установлено, что графит марок ГЛС-ЗА и ГЛС-2А после активации имеет размер частиц на порядок меньше ( 1 мкм) и в смеси с коллоидным кристаллическим графитом (С-3, П), при снижения модуля жидкого стекла с 3,25 до 2,85, обеспечивает стабильность свойств резистивной пасты, равномерность нанесения ее на подложку, удельное электросопротивление резистива снижается до (0,5-0,7) 10"3 Ом м (на ГЛС-ЗА) и (0,3-0,5) 1 б"3 Омм (на ГЛС-2А). 4. В результате проведенных производственных испытаний установлено, что резистивный слой на смеси графитов С-3 и ГЛС-2А, нанесенный на подложку печи, не имеет несплошностеи и наплывов, наличия трещин и осыпания резистива не обнаружено. По проведенному патентному поиску для оптимизации состава и свойств противопригарного покрытия для чугунного и цветного литья было выбрано покрытие следующего состава: наполнитель - 60 % (графит), полимерная композиция — 40 % [120]. Данное покрытие имеет недостаточную термостойкость, в результате чего при высоких температурах покрытие отслаивается от поверхности стержня и увлекается потоком жидкого металла в полость литейной формы, оголяя участки стержня или формы, где возникает пригар. Кроме того, покрытие обладает низкой седиментационной устойчивостью и прочностью.
Поэтому целью исследований явилась разработка покрытий с улучшенными свойствами за счет использования в их составе активированных наполнителей. Механоактивация графита в процессе измельчения приводит к повышению дисперсности и энергетического запаса частиц графита, что позволяет при качественном перемешивании компонентов достигать максимальной гомогенизации противопригарных покрытий. В работе [66] отмечается, что при обработке скрытокристаллического графита механической энергией усиливается его реакционная способность без изменения его химического состава, активность повышается в 2-3 раза, что позволяет снизить пригар на чугунных и цветных отливках при меньшем его расходе в покрытиях. Разработаны составы быстросохнущих противопригарных покрытий на скрытокристаллическом графите ГЛС-2 Курейского месторождения, активированном в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 в течение 20 мин (состав 1), и пылевидном кварце КП-1 (состав 6). Для повышения термостойкости, седиментационной устойчивости и прочности покрытий выбраны различные соотношения «графит : кварц» (составы 2-5). В качестве связующего выбран поливинилбутираль (ГОСТ 9439-83), на основе которого был приготовлен 5 %-ный лак с растворителем 646. Составы быстросохнущих покрытий на основе графита и пылевидного кварца, а также их композиций в различных соотношениях приведены в табл.5.2 и рис.5.1-5.2.
Известно [64, 83, 95], что графит за счет большей кристалличности и активности частиц способствует более глубокой деполяризации молекул полимерного лака и увеличению электрической компоненты в силовых взаимодействиях между компонентами покрытия.
Увеличение электрических сил взаимодействия приводит к улучшению структурно-механических свойств покрытия (тиксотропии), что влечет за собой повышение качества покрытия на графите ГЛС-2А по одному из наиболее важных технологических свойств - седиментационной устойчивости (рис.5.1, б). Через 24 ч покрытия имеют седиментационную устойчивость 85-92 %, то есть на 15-20 % выше, чем у стандартного покрытия (71 %). Приведенная прочность покрытий увеличивается в 1,5-2 раза.
На рис.5.1, в приведена кроющая способность покрытий, из которого видно, что толщина покровного слоя повышается с 0,8 (КП-1) до 1,1 (ГЛС-2А) мм, в то время как толщина проникающего слоя увеличивается с 0,9 (КП-1) до 1,1 (ГЛС-2А) мм
